9. Мониторинг напряжения питания мк

Источник питания МП-системы не может быть идеальным. Напряжение источника питания подвержено как прогнозируемым, так случайным изменениям, которые должны учитываться разработчиком системы. Свойство МП-системы восстанавливать работоспособность при кратковременных отключеньях напряжения питания или при его "просадках" ниже допустимого значения является обязательным для современных систем управления. В зависимости от характера возможных изменений напряжения питания МП-системы можно разделить на следующие группы:

1. Системы с импульсными источниками вторичного электропитания, которые стабилизируют выходное напряжение в заданном диапазоне (Uddmin...Uddmax), в противном случае удерживают выходное напряжение равным нулю.

2. Системы с так называемыми "гладкими" источниками вторичного электропитания, которые при значительном снижении напряжения сети пропорционально снижают выходное напряжение.

3. Системы с автономным питанием от батареек или аккумуляторов.

4. Системы с комбинированным питанием. Такие системы автоматически переходят на питание от автономного источника в случае, если напряжение вторичного источника питания перестало удовлетворять требованию Uddmin < Udd < Uddmax.

В системах типа 3 и 4 следует обязательно применять МК с расширенным диапазоном напряжения питания. В системах типа 1 и 2 могут использоваться МК с фиксированным напряжением питания (5 В * 10%, 3 В ± 10%), но при этом следует внимательно проанализировать реакцию МП-системы на возможные изменения напряжения питания и предпринять меры по устранению отказов.

При включении напряжения питания МК должен начать выполнять прикладную программу. На этапе нарастания напряжения питания МК принудительно переводится в начальное состояние, которое называют состоянием сброса. При этом устанавливаются в исходное состояние внутренние магистрали МК, сигналы управления и регистры специальных функций. Последние определяют начальное состояние периферийных модулей МК. Обычно это неактивное состояние. Сразу после выхода из состояния сброса МК выполняет следующие действия:

1. Запускает генератор синхронизации МК. Для стабилизации частоты тактирования внутренними средствами МК формируется задержка времени tзад.

2. Считывает энергонезависимые регистры конфигурации в соответствующие регистры ОЗУ (при необходимости).

3. Загружает в программный счетчик PC адрес начала прикладной программы.

4 . Производит выборку первой команды из памяти и приступает к выполнению прикладной программы.

А дрес ячейки памяти, в которой хранится код первой команды прикладной программы, называют вектором начального запуска или вектором сброса. В некоторых МК этот адрес однозначно определен в техническом описании. О таких МК говорят, что они имеют фиксированный вектор сброса. Разработчик обязан указать этот фиксированный адрес на этапе формирования файла кодов прикладной программы (загрузочный модуль программы). В других МК вектор сброса может быть произвольно определен пользователем. На этапе программирования МК желаемый вектор начального запуска записывается в ячейки памяти с фиксированными адресами и при выходе МК из состояния сброса автоматически загружается в программный счетчик. О таких МК говорят, что они имеют загружаемый вектор сброса. Загружаемый вектор сброса имеют все 8-разрядные МК фирмы Motorola.

Для перевода МК в состояние сброса достаточно подать напряжение высокого или низкого логического уровня (указано в спецификации) на вход RESET. Традиционно для формирования сигнала сброса при включении напряжения питания используют RC-цепь. Типовые решения представлены на Рис. 1.36. При реализации одной из приведенных схем следует убедиться, что буфер линии RESET выполнен с триггером Шмидта, который допускает подачу сигнала с ненормированной длительностью фронта переключения (до нескольких десятков мс). Если триггер Шмидта отсутствует, то придется воспользоваться специальной схемой формирования сигнала сброса с нормированной длительностью фронта переключения (Рис. 1.37). Такие схемы реализуются в виде отдельной ИС либо в комбинации со сторожевым таймером (МАХ823), часами реального времени (МС68НС68Т1) и т.д.

С целью минимизации числа вспомогательных ИС платы МП-контроллера большинство современных МК имеют в своем составе блок детектирования напряжения питания (схема POR — Power-On-Re-set), который формирует сигнал внутреннего сброса при нарастании напряжения питания (Рис. 1.38). Схема POR имеет два порога срабатывания, т.е., по существу, является компаратором с гистерезисом. Порог срабатывания Vроr значительно ниже минимально допустимого напряжения питания МК и равен -1 В. При достижении напряжением питания значения Vроr схема POR фиксирует событие включения питания МК, формирует задержку времени tроr, после чего снимает сигнал внутреннего сброса. Предполагается, что напряжение питания МК в течение tроr успеет достичь номинального значения. Поэтому скорость нарастания напряжения питания ограничена снизу. В случае если скорость нарастания недостаточна, схема POR не может быть использована для начального запуска МК и следует применить специальную ИС для формирования- сигнала внешнего сброса с нормированным фронтом.

Порог отпускания Vpor не превышает 200 мВ. Поэтому при использовании гладких источников питания может сложиться ситуация, при которой напряжение питания стало меньше Uddmin. но не достигло напряжения отпускания схемы POR. Тогда МК может "зависнуть". При восстановлении напряжения питания до номинального значения МК в работу не вступит. При использовании импульсных источников питания такая ситуация исключается, если диапазон стабилизации напряжения источника выбран равным диапазону допустимых напряжений питания МК.

Для восстановления работоспособности МП-системы после "просадки" напряжения питания МК необходимо снова сбросить. С этой целью в современных МК реализован дополнительный блок детектирования пониженного напряжения питания. В МК семейства НС08 фирмы Motorola такой модуль носит название LVI, аналогичный модуль имеется в составе МК Р1С17 Microchip, Z8 фирмы Zilog. Рассматриваемый модуль генерирует сигнал внутреннего сброса при снижении напряжения питания до уровня чуть менее Uddmin (Рис. 1.38). Так, для МК MC68HC908JL3 с напряжением питания Uddmin = 5 В ± 10% уровень срабатывания модуля пониженного напряжения питания лежит в пределах 3.6...4.4 В. Следовательно, зона нечувствительности все же остается. Поэтому наличие в составе МК модуля пониженного напряжения питания значительно снижает вероятность зависания МК, но не устраняет ее полностью. Следует также отметить, что уровень срабатывания модуля пониженного напряжения питания значительно превышает напряжение сохранения данных в ОЗУ МК. Событие сброса по сигналу модуля пониженного напряжения отмечается специальным битом в одном из регистров. Следовательно, анализируя этот бит программно после сброса МК, можно установить, что разрушения данных не наступило, и продолжить выполнение программы.